淺談吹填技術在溫州東圍堤工程中的應用

金毅，楊梅萍，曹茜茜，吳勇

(1.溫州市甌江口開發(fā)建設總指揮部，浙江溫州325000；2.浙江華東工程安全技術有限公司，浙江杭州310014；3.寧波大學，浙江寧波315000)

0 前言

在我國沿海省市經濟飛速發(fā)展的今天，隨著各類固定資產投資增幅攀升以及城市化進程加快，原本就存量不足的土地資源更是陷入了供不應求的被動局面，而土地資源緊張也成了直接制約經濟可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。為此，各地先后把目光投向了面積廣闊的海洋，相繼開始了大規(guī)模的圍海造地開發(fā)，通過對沿海灘涂資源進行改造和利用，達到緩解土地資源緊缺和不占或少占農田的目的。

傳統(tǒng)拋石筑堤的結構形式由于受工程所在地周圍礦石資源分布、開采運輸方式復雜和工程造價偏高等客觀條件限制，圍堤結構形式相應向著更加安全、高效、低成本的方向轉變。隨著設計理念不斷成熟和施工技術的不斷進步，當地現有筑壩材料逐漸得到了充分利用，圍堤斷面形式也向著復合型式發(fā)展，圍堤工程造價也得到了進一步降低。

吹填筑堤技術與傳統(tǒng)筑堤技術相比，由于是利用壓力水沖擊砂土形成泥漿，由管道輸送泥漿至作業(yè)區(qū)完成土料填筑，因此具有采運難度低、機械化程度高、節(jié)省勞力、施工安全高效等特點，有著非常廣闊的應用前景。淺灘東圍堤工程位于浙江省溫州市甌江口外，距工程4.5 km的甌江南口航道東南方向灘涂上蘊藏著豐富的細砂和粉細砂資源，適合作為吹填土料使用，故在圍堤結構上采用了以吹填砂為主的斷面設計，并使吹填工程量占到了土石填筑總量的78.5%。本文針對溫州淺灘的實際工況條件，結合東圍堤工程吹填具體施工情況，對充砂管袋、吹填砂的施工工藝進行了詳細介紹，并對如何控制軟土地基上吹填施工加載和應對不利因素方面的經驗進行總結。

1 工程概況

溫州淺灘東圍堤工程位于浙江省溫州市甌江口外，介于靈昆島（原溫州市甌海區(qū)）和霓嶼島（原溫州市洞頭縣）之間，在9.248 km長的靈霓海堤完成的基礎上新建東圍堤3.538 km。堤頂防浪墻頂高程為7.83～8.03 m，堤頂路面寬度4.5 m，并與在建的溫州淺灘靈霓海堤一期工程的交通道路相接，最終與北圍堤、南圍堤連接，形成一期圈圍成陸，合計圍涂面積0.158萬ha。

東圍堤工程堤身結構為土石混合堤，堤外側設二級鎮(zhèn)壓平臺和一級消浪平臺，堤壩內側設一級鎮(zhèn)壓平臺堤。堤外側鎮(zhèn)壓層為拋石填筑，堤身中部設充砂管袋棱體，內側為吹填砂和涂泥閉氣，為便于填砂施工，內側沿堤身輪廓線設充砂管袋子堤。外坡護面結構采用灌砌石和扭王塊，內坡護坡結構為干砌塊石。根據批準的初步設計文件，本工程級別為Ⅲ等，相應主要建筑物為3級，按重現期50年防潮標準設計。

根據工程總進度計劃要求，堤身吹填施工時段為2006年12月開工至2008年11月完工，總工期23個月。

2 堤身吹填設計

東圍堤工程堤身吹填主要由內棱體充砂管袋、外棱體充砂管袋、度汛充砂管袋、充砂管袋小棱體和堤芯吹填砂等五項內容組成，標準斷面詳見圖1。

其中外棱體位于基礎碎石墊層上部，外側二級拋石鎮(zhèn)壓平臺內側，外棱體外側坡為1∶2，內側坡比為1∶1，頂寬10.5 m，最大填筑高度為5.2 m。內棱體位于堤身內側基礎處理區(qū)以外，內棱體外側坡為1∶2，內側坡比為1∶1，頂寬3.0 m，最大填筑高度為4.0 m。內坡變坡采用小棱體控制輪廓，坡比為1∶2.5，由2.63 m填筑至6.92 m高程。由于吹填施工橫跨2個臺汛期，為防止已完工程臺汛內被沖損，并使吹砂與涂泥有效分隔，在外棱體2.63 m高程和內棱體、下部吹砂頂部設度汛管袋進行防護。吹砂位于內、外棱體和充砂管袋小棱體、干砌石擋墻之間。充砂管袋所采用的袋布規(guī)格及質量要求詳見表1。

本工程吹填總工程量為63.7萬m3，其中外棱體充砂管袋20.0萬m3，內棱體充砂管袋13.0萬m3（含充砂管袋小棱體），度汛管袋8.6萬m3，吹砂22.1萬m3。

3 施工機械設備配置

鑒于工程所在區(qū)域是強潮海區(qū)，平均高潮位為2.58 m，平均低潮位為-2.01 m，工程原始涂面高程為-0.5～-1.8 m，大型施工船舶和管道無法布置，同時按分層加載控制要求需薄層輪加，全堤段共需劃分為3～4個作業(yè)段同時施工，施工機械應具有較大的靈活性，故設備配置在滿足強度要求的前提下以中小型駁船為主，具體配置情況如下。

（1）吸砂船

吸砂船采用260 t駁船,配備5艘。駁船特征如下：①對海域的適應性強，作業(yè)時采用錨纜固定船位，并使用尾錨和主錨控制船位的移動。②適應性強，生產能力是100 m3/h，采砂效率高。③每艘吸砂船配置一臺210 kW的發(fā)電機組，5臺離心水泵作為吸砂設備，采砂過程中利用卷揚機保持吸砂管口在取砂層頂部，邊采邊沉放吸砂管口，通過離心泵運轉使砂隨高速水流流出。

（2）運砂船

運砂船采用500 t自駁船，每次平均可運200 m3砂，共配備12艘運砂船。每艘船配2臺22 kW泥漿泵，管直徑為4寸。

圖1 東圍堤標準斷面示意圖Fig.1 Section of east polder dike

表1 堤身充砂管袋袋布規(guī)格及質量要求Table 1:Characteristics and quality requirements of filled geotube at dyke body

（3）吹砂定位工作船

根據本工程施工進度安排，配備4艘500 t吹砂定位工作船。每艘工作船配備250 kW的柴油發(fā)電機1臺，22 kW的泥漿泵2臺，并帶4個高壓槍，管直徑為2.5寸。

4 吹填施工方案與施工工藝

4.1 吹填施工方案

全堤段劃分三個施工作業(yè)段，每個作業(yè)段配1艘吸砂船、4艘運砂船、1艘吹填工作定位船，進行流水作業(yè)施工。

堤身充砂管袋及堤芯吹填砂采用分層加載，各層施工的程序為：外棱體吹砂管袋→內棱體吹砂管袋→堤芯吹填砂。

吹填施工采用“吸-運-吹”的方式。吸砂船在指定砂源區(qū)通過離心泵吸取水砂混合物至運砂駁船儲砂倉內，砂沉積后其上部廢水通過砂倉頂部排水口流出，每次采砂量按相應時間的潮位通航能力控制。運砂駁船自航運砂至堤壩內海側施工區(qū)域，施工區(qū)域輔以吹砂定位工作船，運砂駁船停靠在工作船側，然后將運砂駁船中的砂子用泥漿泵通過塑膠軟管水力輸送至堤身吹砂管袋和堤芯吹填部位，使其自然固結。吹填用水源利用東圍堤內側積水，每500 m于堤內側挖一積水坑。

4.2 施工工藝流程

堤身基礎排水板施工后，先進行400 g/m2無紡布的鋪設，然后再進行充砂管袋施工，充砂管袋施工工藝流程見圖2。

圖2 充砂管袋施工流程圖Fig.2 Flow chart of construction of sand-filled bag

4.3 施工工藝

高壓水槍沖刷運砂船內的砂土制成泥漿→通過泥漿泵吸漿輸送充填至縫制好的編制袋內或吹砂區(qū)內→自然固結→分層充填完成。充砂管袋施工工藝如下：

（1）土工編織布管袋尺寸由棱體斷面不同寬度確定，長度一般定為20～50 m，袋體采用35支三股錦綸線縫制，縫三道（先縫一道，折疊后再縫兩道），保證線縫平順均勻，縫合牢固。每只袋視容積不同設置沖填袖口，每60～80 m2設置一個袖口，袖口直徑12 cm，長40 cm，成梅花型均勻布設。

（2）退潮后由人工將袋體攤鋪就位，并用塑料繩將管袋固定好，以免袋體受力不均導致變形位移。采用吹砂船上設置的泥漿泵，通過水槍形成的高壓射流將砂料沖成水砂混合物，然后用泥漿泵抽吸，將水砂混合物源源不斷地送入砂袋中，水和泥漿從袋內析出，砂粒很快沉積在袋內。待砂料充滿整個袋體后，此袋充填即告結束，此時可拔出充砂管，扎緊扎牢編織袋袖口，再經過短時間的排水固結即可。充灌過程分為：充填進漿→二次充填→濾水成形。袋體充灌過程中，應控制好充灌壓力，充灌壓力與土工織物袋尺寸、漿液濃度有關。壓力控制以泥漿充入飽滿，又不造成破袋或增大流失量為宜，泥漿濃度宜為20%～25%，充灌時泥漿泵管路出口壓力控制在0.2～0.3 MPa。

每次充灌時，以4～5個充砂袖口為一個充砂區(qū)域，充砂時中間插管，兩側出水。當一側袖口冒砂時，立即調轉充砂管向另一側充砂，同時扎緊該袖口；待另一側袖口也冒砂時，立即停機，扎牢余下的兩個袖口。扎袖口采用上一道、反扎一道的兩道收口扎袋方法。

鋪設充砂管袋時，砂袋布置要盡量平順，如必須轉彎處則要成圓弧形，避免出現折管現象，影響砂流而導致管道堵塞。在充砂管頭插入和拔出袖口后，均要及時用制袋時已備好的系袋條將袖口扎緊扎牢。

（3）充填土料取自工程指定取土區(qū)域，吸砂船采砂時須進行平面控制，采砂取土前準確定位；挖深須嚴格控制，根據土質情況和砂源厚度分層開挖，防止超挖。所用土料既要滿足水力填充時具有較好的排水固結效果，又要避免因砂粒過粗不利于堤身的防滲安全，因此，所選充填土料在滿足固結排水和施工進度的條件下，盡量采用較細的材料。

（4）袋體填充度控制在適宜的水平上，沖填袋體分層放置，堆疊整齊，排列有序，每層袋體以0.5～0.6 m為宜。如袋體一次充填不到理想厚度，可采用二次充填或其他措施。

（5）堤芯吹填砂施工工藝與上述沖砂管袋施工工藝相似。

（6）堤身吹填作業(yè)考慮施工期沉降，每層按1～1.5 m進行加載，參照設計圖紙的加荷程序、加荷曲線及現場原位觀測結果進行施工，先深后淺，先點后線，薄層輪加，均衡上升。

5 吹填施工技術及質量要求

（1）土工織物進場時，逐批檢查出廠合格證和試驗報告，并逐卷進行外觀質量檢查；其主要物理及技術性能按設計和規(guī)范要求進行抽查復驗，抽樣數量每批次不少于一次，抽樣檢測不合格的材料全部退庫。

（2）土工織物充填袋施工過程中進行下列檢查：①堤底清理、平整情況；②土工織物充填袋鋪設過程中損傷及修復；③充填料土質、顆粒級配、干容重；④泥漿濃度、進漿壓力；⑤充填袋充填成形后的外形尺寸及平整度。

（3）土工織物袋充填筑堤過程中，應認真檢查土工織物的品種、規(guī)格和技術性能、充填料土質、顆粒級配和干容重及土工織物袋充填筑堤施工的允許偏差。

（4）土工織物袋充填筑堤驗收時提交下述資料：土工織物出廠合格證、土工織物抽樣試驗報告、土工織物充填袋鋪設施工記錄、充填料顆粒分析、干容重試驗報告、土工織物袋充填筑堤分項工程質量檢驗評定報告。

（5）根據設計要求，用于充砂管袋的土料粘粒含量應小于5%，中值粒徑d50為0.07～0.03 mm為宜，用于堤芯吹填砂的土料，中值粒徑d50為0.03 mm左右，粘粒含量一般不大于15%。

（6）當袋體逐步充滿后，在屏漿期間，注意對屏漿壓力的控制，防止布袋破裂。

（7）充填管袋固結后干容重應達到14.5 kN/m3，要求沖砂管袋排列整齊、無空隙、上下錯縫。堤芯吹填砂完工時干容重應大于14.0 kN/m3。

6 施工加載控制

根據地質勘測報告，本工程坐落在深厚的軟土地基灘涂上，涂面以下40 m范圍內均為高含水量、高孔隙比、高壓縮性、低抗剪強度的軟土，不僅承載力低，且在堤身加載過程中會產生相當大的沉降和不均勻沉降，且沉降變形持續(xù)時間很長。根據設計，吹填總高度為5.2 m，按分層加載控制高度1.0～1.5 m計算，共分為8層作業(yè)，控制加載間隙時間為2～3個月，因此吹填施工過程中必須科學合理地控制施工加載速率，使堤基通過壓縮固結得以加固，充分減少施工后的殘余沉降量對堤頂高程、外形和道路的不利影響。

6.1 加載控制標準

（1）地表沉降控制標準

堤身加載應嚴格按施工圖中提供的加載曲線進行加載。由于涂泥表層有浮泥，因此第一層加載可僅控制加載高程，原位觀測指標不予控制。以后各層地表沉降控制指標按表2控制。施工過程中，根據原位觀測成果及原位觀測單位提出的建議，及時調整。

表2 地表沉降控制指標Table 2:Control indexes of ground settlement

（2）水平位移控制標準：最大水平位移［Mmax］＜6 mm/d。

（3）超靜孔隙水壓力控制標準：超靜孔隙水壓力系數［Af］＜0.6。

（4）其它監(jiān)測項目控制標準，數值不出現急劇變化。

施工期間，若上述標準中有一項未達到要求，應立即停止填筑，并采取相應措施。

6.2 加載控制效果

吹填開工以來，根據施工加載實際情況和原位觀測提供的沉降觀測數據分析，在各部位分層加載完成后1周內連續(xù)3 d沉降速率均可小于等于15 mm/d，1～2個月內連續(xù)5 d沉降速率均可小于5 mm/d，加載時間間隔控制在2個月內完全滿足堤基穩(wěn)定要求。

7 影響吹填施工的不利因素及應對措施

（1）袋體材料抗老化能力差，內棱體充砂管袋（130 kg/m2裂膜絲機織土工布）和度汛管袋（200 kg/m2丙綸長絲機織土工布）在夏季高溫、紫外線和海水浸泡等外部條件影響下，在風浪和其他外力作用下相繼出現了破損情況，尤其是E0+000～E0+700段度汛管袋更是大面積破損。由于袋布強度已降低到不能承受人工修補縫線拉力，故采用以下方法進行處理。

應對措施一：變更袋體材料，增強袋布抗老化能力。經過對130 g/m2裂膜絲織機織土工布和175 g/m2防老化裂膜絲織機織土工布兩種材料各項指標進行比對和對現場實際使用情況進行分析，130 g/m2裂膜絲織機織土工布破損的主要原因是材料不具備抵抗紫外線能力，另外單位面積質量、經緯向斷裂強力、頂破強力等指標偏低。因此經設計同意，將內棱體布袋130 g/m2裂膜絲織機織土工布變更成175 g/m2防老化裂膜絲織機織土工布。

度汛管袋采用防老化丙綸長絲機織土工布，雖然袋布本身具備抵抗紫外線能力，但由于表面還不具備閉氣土方的施工條件，不能及時覆蓋，在夏季高溫和海水浸泡下強度降低很快，管袋破損非常嚴重。為了解決這個問題，咨詢了很多生產廠家，查閱了大量資料，找到了一種既能抗老化又能防止抗沖刷的材料，240 g/m2防老化裂膜絲織機織土工布采用粗絲工藝編織布，具有單位面積質量高、厚度大、強度高、經緯向斷裂延伸率小，變形小等特點，抵抗不利環(huán)境能力較強，故予以設計變更。

應對措施二：調整加載方案，繼續(xù)縮短下層管袋的覆蓋時間。原加載方案是一次吹填兩層袋體，加載間歇期為兩個月，現調整為一次吹填一層袋體，根據原位觀測的結果和設計加載要求，達到設計要求即可進行上層覆蓋，加載間歇期縮短為一個月，這樣就大大縮短了管袋的暴露時間，管袋破損現象得到了有效控制。

（2）施工區(qū)域因風、浪、潮的綜合影響，引起外棱體和度汛充砂管袋起包、偏移現象比較嚴重。施工區(qū)域受季風氣候影響，風向和風速季節(jié)性變化明顯，年平均風速在5 m/s以上。由于已建成的北堤隔斷，四月以前的西北風對工程影響不大，但四月以后東南風會造成每只管袋向西北側隆起和移位，平整度差距一般在1.0～1.5 m，同時由于隆起部位袋體大量積存，受拉強度大增，導致袋體撕裂砂子流失。

應對措施一：縮小袋體尺寸，限制砂子流動范圍。袋體隆起和移位的根本原因是潮水漲落至袋體上表面時，袋中表層砂隨海水浮起，在風浪的推動作用下產生向前流動。因此，袋體尺寸越大，袋中砂越多，隆起和移位現象就越嚴重。單個管袋原施工長度一般定為20～50 m，現縮短為20～35 m，總寬度雖然按棱體斷面不同寬度確定，但在此方向上加縫一道不連續(xù)的分縫線，人為分隔出小的區(qū)塊，從而大大限制了砂子的流動范圍，有效抑制了袋體隆起和移位現象。

應對措施二：興建拋石臨時隔堤，消弱浪潮作用。袋體隆起和移位主要發(fā)生在外棱體和度汛管袋上，根據現場的實際條件，東南風影響期間，在拋石二級鎮(zhèn)壓平臺外側興建拋石隔堤一條，高度按超過已完工管袋0.5～1.0 m控制，讓海浪在隔堤處得到消減，減少風浪對管袋的沖擊，管袋隆起和移位得到了有效控制。

（3）臺風期工程施工。吹填施工期中需經受2次臺風期考驗，吹填結構抗臺能力差，存在極大風險。

2007年應對措施：2007年汛期以“均衡生產，低平施工、及時防護”為指導思想，汛前圍堤北端外棱體頂高程為1.0 m、內棱體頂高程為1.0～1.35 m，仍處于平均高潮位（2.58 m）以下，繼續(xù)加高受臺風破壞風險較大。而圍堤南端外棱體頂高程為-0.5～0.5 m、內棱體頂高程為0.3 m，與東端普遍相差1.0 m左右，因此汛期吹填調整為重點加載圍堤南端，從而使全堤段堤身在汛期中處于相對較低的高程上，以減小受臺風影響程度。

2008年應對措施：2008年臺汛期間堤身施工全面超過4.5 m高程，其中外棱體（4.5 m高程）4月30日前完成全部吹填，汛前內側充砂管袋小棱體已至4.5 m高程，堤芯砂吹填已至4.0 m高程。故采用以下方案度汛：（1）在臺汛來臨前完成外棱體外側C20灌砌塊石的施工；（2）對達到沉降穩(wěn)定的外棱體部位及時進行干砌石擋墻施工，盡可能讓堤身前部高程上升，提高堤身防臺抗沖能力。

8 結語

吹填筑堤是一種低成本、高效快速的筑堤技術，受軟土地基承載能力低的制約，在圍海工程中一直應用較少。通過淺灘東圍工程的成功應用，其在軟土地基、強潮等復雜工況下的可行性得到了驗證，值得進一步推廣?！?/p>